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El
continuo consumo y derroche de energía está cambiando el clima.
Precisamente por ello es urgente hacer más confortable nuestra vida
pero con el mínimo gasto energético y además aprovechando las
energías renovables. Tendríamos excusa si esto fuera una utopía,
pero la realidad es que ya hay viviendas climatizadas con uno de los
sistemas más eficientes y respetuosos que existen actualmente, la
geotermia solar. La energía geotérmica de baja temperatura
es una fuente renovable, limpia y disponible en casi cualquier
lugar, basada en intercambiar el calor almacenado en el subsuelo por
la radiación solar. Es una tecnología implantada con éxito en
Europa y Norteamérica desde hace unos años empieza a darse a
conocer en nuestro territorio.
Los
rayos del sol calientan la corteza terrestre, especialmente en
verano. Como la tierra tiene una gran inercia térmica, es capaz de
almacenar este calor, y mantenerlo incluso estacionalmente. En el
subsuelo, a partir de unos 5 metros de profundidad, los materiales
geológicos permanecen a una temperatura prácticamente constante
durante todo el año. En el caso español, a una profundidad
superior a los 5 metros, la temperatura del suelo,
independientemente de la estación del año o las condiciones
meteorológicas, es de alrededor de 15 grados. Entre los 15 y 20
metros de profundidad, la estabilidad térmica es de unos 17ºC todo
el año.
Un sistema geotérmico solar se sirve de una bomba de calor y un
sistema de perforaciones en el suelo para aprovechar esta
temperatura templada. La clave de la eficiencia de estas bombas de
calor está en la diferencia entre la temperatura que se quiere
conseguir y la temperatura a la que se encuentra el elemento a
calentar. Con una bomba de calor convencional aire-aire, en verano
pretendemos mantener una temperatura confortable de 25 º cuando el
aire exterior se encuentra a 30 - 35 ºC. En invierno, se desea
mantener la vivienda a 21 ºC, cuando el ambiente externo se halla
por debajo de los 10 ºC. Pasar el aire de una a otra temperatura sólo
se consigue a costa de un gasto de energía considerable.
En el caso de las bombas de calor geotérmicas (GHP en sus siglas en
inglés), el gradiente de temperatura que se debe superar es
mucho menor. En invierno, disponer de un material a 15 - 17 grados
se puede considerar una fuente de calor. A su vez, esta estabilidad
térmica supone que en verano el subsuelo esté considerablemente más
fresco que el ambiente exterior.
El intercambio de calor con el subsuelo, pues, permite proporcionar
el mismo confort pero con unas necesidades de energía eléctrica
mucho menores que el de una bomba de calor convencional..
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El COP (Coefficient of Performance) nos permite saber cómo de
eficiente es una bomba de calor. El COP de una bomba de calor geotérmica
es de 4 a 6, superando al de las bombas de calor más eficientes
aire-aire (tan implantadas en el ámbito doméstico), estimado entre
2 y 3. Esto quiere decir que por cada unidad de energía que usa el
sistema, en este caso eléctrica, se obtienen 4 o más unidades de
energía en forma de calor o frío. En concreto, cuando el sistema
está calentando se debe aportar una cuarta parte de la energía
calorífica que se obtiene (rendimiento del 400 % ), y cuando está
enfriando sólo una quinta parte (rendimiento del 500 %).
Por los motivos expuestos anteriormente, hay que destacar que la
eficiencia de una bomba de calor geotérmica no varia con las
condiciones meteorológicas o estacionales, mientras que en una
convencional el rendimiento disminuye en los momentos más calurosos
en verano y en los más fríos en invierno, justo cuando más
necesario es su uso.
A
simple vista, no se puede diferenciar un edificio con un sistema de
geotermia solar de uno que no lo tenga. El aparato central
normalmente está en un espacio en el que no es visible, y la
distribución del calor o del frío se hace por los métodos
habituales.
Se pueden utilizar conductos de aire o fan-coils, con los que se
distribuye aire caliente (o frío en verano) por toda la casa. De
esta manera el mismo sistema de distribución soluciona el aporte de
frío y calor en la vivienda, con un rendimiento y confort moderado.
Si el sistema de distribución es mediante agua, el calor del
subsuelo se traspasa a un caudal de agua. Habitualmente se alimenta
un sistema de radiadores o suelo radiante, que se puede complementar
con un dispositivo de refrigeración por aire. En el modo de
refrigeración, es interesante el efecto llamado de free-cooling,
que permitiría, dependiendo de la climatología del lugar, o al
principio de la estación calurosa, refrescar hasta un nivel de
confort elevado sin que la bomba funcionara, tan sólo aprovechando
de manera pasiva el frescor que subiría. Cuando la demanda fuera
mayor, la bomba se pondría en funcionamiento.
También se puede realizar la refrigeración mediante suelo o
paredes frías, si se combina con una deshumectación del aire para
evitar condensaciones sobre estas superficies más frías.
Así, vemos que las posibilidades son variadas, aunque hay que
destacar que la opción más eficiente es la distribución del calor
mediante suelo o paredes radiantes. En estos sistemas es suficiente
que el aire de la bomba de calor esté en torno a los 30 grados,
mientras que en un sistema de aire caliente o radiadores de alta
temperatura es necesario alcanzar temperaturas de unos 50 grados.
Finalmente, el sistema de geotermia solar a menudo ya incorpora un
acumulador para el agua caliente, dentro del mismo armazón de la
bomba de calor.
En resumen, la geotermia solar permite climatizar y obtener agua
caliente sanitaria en viviendas y otros edificios, pero con un
rendimiento no superado por ningún otro sistema. Todo ello gracias
también a la parte del sistema que no se ve, la que está bajo el
suelo.
Para poder aprovechar la temperatura estable a la que se halla el
subsuelo es necesario realizar una serie de perforaciones en el
terreno. Las dimensiones de estos pequeños pozos de 10 a 15 centímetros
de ancho dependen de las dimensiones del lugar a climatizar, la
disponibilidad de terreno o las condiciones geológicas.
En el interior de cada perforación se sitúan unas canalizaciones
en las que se da el intercambio de calor, consistentes en un tubo,
generalmente de polietileno, lleno de líquido. Generalmente este
fluido circulante es agua o bien una solución salina con una
sustancia anticongelante, para impedir que el fluido solidifique si
se dan bajas temperaturas en la superficie del suelo. Esta fórmula
es inocua para el medio, pese a que de todas formas el fluido en
ningún momento entra en contacto con el suelo ya que el tubo está
perfectamente sellado.
El líquido circula continuamente por el circuito cerrado:
desciende, se calienta (o enfría, si es verano) y sube de
nuevo, accionado por una pequeña bomba. En este punto, el medio
circulante cede su calor (o frío) al refrigerante (evaporación) y
a continuación este al medio empleado para la calefacción
(compresión y condensación) sea aire o agua. Seguidamente, el
fluido vuelve a descender por el circuito situado en las
perforaciones del terreno para obtener más calor, o cederlo si en
verano, y así de continuamente. Este sistema de perforaciones
tienen un rendimiento elevado puesto que el intercambio se realiza a
una profundidad de entre 30 y 100 m. Una parte importante del coste
económico viene determinado por las perforaciones y estas
pueden no ser viables en algunos terrenos. Hay que destacar entre
las empresas del sector de la geotermia a Geotics Innova que está
desarrollando sistemas de intercambio térmico que permitan
prescindir de las perforaciones verticales, con lo que se podría
reducir de manera significativa el coste final del sistema.
Se sabe que el funcionamiento del intercambio de calor es aún mejor
si la capa de suelo en la que se encuentra la perforación tiene un
contenido elevado de agua, es decir, si se encuentra en una capa freática.
Por supuesto, no se afecta de ningún modo el nivel freático, ya
que no se utiliza el agua del mismo, sino tan sólo el calor o
frescor que contiene.
Por otro lado, también existen circuitos horizontales, en los que
las tuberías de captación se entierran horizontalmente a una
profundidad aproximada de 1,5 metros. En este caso, es necesario
disponer de una parcela o superficie de terreno considerable,
que no estuviera asfaltada ni pavimentada, sino en la que hubiera
una cubierta vegetal baja o arena, ya que a tan poca profundidad se
depende del aporte de radiación solar sobre el suelo. Habitualmente
son necesarios entre 100 y 140 m2 de terreno libre de sombras por
100 m2 de vivienda. La instalación es más sencilla y de menor
coste económico, pero hace falta disponer de una superficie de
suelo considerable.
El circuito enterrado en el suelo se escoge en función del lugar
donde se halla el edificio y el espacio de que se dispone. En lo que
respecta a las características de la bomba de calor geotérmica,
existen diferentes modelos para adecuarse a cada caso - casas
unifamiliares aisladas o adosadas, viviendas plurifamiliares de
diferentes tamaños, locales industriales o comerciales - y a las
dimensiones de la casa o local. La principal ventaja de comprar un
aparato eficiente o que aproveche energías renovables es que la
inversión que se realiza inicialmente se recupera con relativa
rapidez. Una instalación de geotermia solar se puede amortizar en
un período de dos a cinco años. A partir de ese momento, todo lo
que se ahorra son ganancias. Esto es posible gracias a que las GHP
utilizan entre un 25% y 40% menos de electricidad que los sistemas
convencionales de calefacción o de refrigeración, accionados por
gas natural, propano, gasoil, o que los radiadores convectores eléctricos,
por ejemplo. Además, requieren poco mantenimiento y tienen una
larga vida útil. Por ejemplo, el compresor de la bomba de calor, el
elemento con mayor desgaste, tiene una vida útil de unos 16 años,
y el intercambiador con el subsuelo de 50 años.
Dado que inicialmente esta tecnología se desarrolló en regiones
con inviernos muy crudos, se suelen destacar los importantes
ahorros, tanto de energía como monetarios, que permite la
geotermia de baja temperatura para calefacción en los países fríos
(permiten ahorrar un 65 - 75% de los costes en calefacción). Sin
embargo, no es menos cierto que en nuestro país cada vez se consume
más energía para refrigeración en verano, por lo que también en
nuestro territorio la rentabilidad será una ventaja.
Otros factor positivo es el hecho que no requieren ninguna unidad
condensadora exterior, con lo cual se evitan los problemas de ruido
tanto dentro como fuera de la vivienda o local. La geotermia solar
no debe confundirse con los sistemas geotérmicos de alta
temperatura, que tan sólo son posibles en lugares del planeta con
condiciones especiales de actividad tectónica, en los que se
aprovecha la energía remanente en el interior de la tierra para
generar electricidad. Al contrario, la geotermia solar puede ser
aprovechada casi en todo el mundo, siempre que localmente las
condiciones del terreno lo hagan posible.
Las instalaciones que se han realizado en nuestro país incluyen
tanto viviendas unifamiliares o casas rurales aisladas como
edificios plurifamiliares o de oficinas en el corazón de la ciudad,
granjas o naves industriales. Las perforaciones varían desde
diversos tubos de pocos metros (6 perforaciones de 10 metros), a
pocos pozos pero más profundos (si se da el caso de poder
aprovechar un pozo existente y poder bajar, por ejemplo, hasta 190
metros). Esta diversidad demuestra la versatilidad de los sistemas
geotérmicos. En el caso de casas aisladas, por ejemplo, normalmente
se dispone de una gran cantidad de suelo que permite realizar una
instalación geotérmica con circuito horizontal. Considerando los
gastos en gasoil u otros combustibles y su transporte hasta la casa,
el sistema geotérmico, pese a suponer una inversión inicial
considerable, a medio plazo es realmente la opción más económica.
Por otro lado, hay que destacar que en construcciones
plurifamiliares o edificios comerciales o públicos en el entorno
urbano, en muchos casos es posible realizar perforaciones verticales
durante la realización de los cimientos, de modo que uno de los
costes más importantes del sistema geotérmico se ve reducido o prácticamente
eliminado, al incluirlo en los requisitos habituales del edificio.
Cada vez hay más personas particulares, empresarios e instituciones
públicas que apuestan por aprovechar la energía geotérmica del
subsuelo, como es el caso de la instalación geotérmica de un
mercado municipal o la de una biblioteca, para obtener la
climatización integral de sus espacios. También es interesante el
caso de una universidad que utilizará la geotermia solar para
mantener unas condiciones de temperatura constantes durante todo el
año en la sala del ordenador central e incluso para aprovechar el
calor producido por el propio ordenador para calefacción en
invierno.
Puestos a imaginar, podemos destacar también que, dado el bajo
consumo que realiza la bomba, esta se podría alimentar mediante
paneles solares fotovoltaicos, de modo que entonces el sistema se
convierta en totalmente autónomo, eficiente y renovable.
La geotermia solar lleva ya mucho camino recorrido. En 1950 en
Estados Unidos se patentó por primera vez una bomba de calor geotérmica,
y sistemas de este tipo se llevan utilizando de manera extensa en
Norteamérica, Japón, Suiza, Alemania o Suecia desde hace más de
tres décadas. Algunos expertos afirman que puede ser el sistema más
eficiente, ecológico y económicamente viable para conseguir
confort en la vivienda. Lo que sin duda es cierto que la climatización
con bombas de calor geotérmicas es una nueva oportunidad para
reducir el gasto energético y las emisiones de CO2 asociadas a las
viviendas.
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